« Notre méthode enzymatique permet de recycler toutes les formes de PET »

Pour le PET, la méthode enzymatique consiste donc à le dépolymériser pour récupérer la molécule qui en constitue le motif de base. Ce motif permettra de fabriquer de nouveau du PET.

Alain Marty est le directeur scientifique de Carbios. Auparavant enseignant-chercheur à l’INSA de Toulouse, il a connu Carbios dès sa création.

Alain Marty a expliqué à Techniques de l’Ingénieur comment fonctionne la méthode enzymatique développée par Carbios, et en quoi elle se différencie des méthodes actuellement utilisées, dans un contexte européen qui vise à réduire la production de plastiques pétro-sourcés dans les années qui viennent.

Techniques de l’Ingénieur : Expliquez-nous comment fonctionne la technologie que vous développez pour recycler le PET ?

Alain Marty : Nous proposons une solution de recyclage du PET à l’aide d’une enzyme, une cutinase que nous avons optimisée. Concrètement, nous collectons des déchets plastiques après usage qui contiennent du PET : bouteilles d’eau, de soda, flacons de cosmétiques, barquettes alimentaires, mais surtout des produits textiles, secteur où le PET est très utilisé.

La technique pour dépolymériser le PET est d’utiliser une enzyme qui va faire exactement le travail inverse de celui des polyméristes qui a permis de synthétiser le PET. Le PET est un polymère, c’est à dire qu’il est constitué de motifs identiques récurrents, des monomères, qui sont liés chimiquement les uns aux autres. Et les colliers de perles ainsi synthétisés s’enchevêtrent. La cutinase va venir casser ces liaisons, qui sont des liaisons ester, pour revenir aux monomères de base. Ces derniers sont ensuite purifiés pour être revendus à un polymériste, qui pourra les intégrer directement dans les process de production existants, puisque les monomères que nous obtenons sont les mêmes que ceux fabriqués par pétrochimie.

Quel est aujourd’hui le procédé utilisé pour recycler le PET ?

Industriellement, il existe un seul procédé, thermomécanique, qui consiste à trier d’abord très intensivement les déchets en PET : il faut en retirer tout ce qui est coloré, opaque et les textiles. En fait, on ne garde guère que les bouteilles claires.

Ensuite, on va extruder le PET, c’est-à-dire le faire fondre à environ 270 degrés pour obtenir des pellets de PET que l’on pourra réutiliser pour fabriquer des bouteilles ou des tee-shirts, par exemple.

Cette méthode est robuste et fonctionne bien, à ceci près qu’elle ne s’adresse pas à toutes les sortes de PET. De plus, le procédé thermomécanique dégrade la matière, ce qui entraîne une perte progressive des propriétés mécaniques du matériau, et qui limite donc le nombre de réutilisations possibles.

Qu’est-ce qui va différencier la méthode thermomécanique de la méthode enzymatique ?

La différence fondamentale est que la méthode que nous développons permet de recycler toutes les formes de PET, et même les objets multicomposants – composés de plusieurs types de plastiques -, ce qui n’est pas possible avec la méthode thermomécanique.

De nombreux objets plastiques sont composés de plusieurs couches de plastiques différents, ce qui complique leur recyclage. La technologie Carbios s’appuie sur des enzymes, et ces molécules sont extrêmement sélectives. Elles ne vont dégrader que le PET, laissant de côté les autres plastiques comme les polyéthylènes ou les polyamides, qui deviendront alors des déchets finaux.

Comment fonctionne la cutinase ?

Cette enzyme de type hydrolase a été découverte dans un compost. Elle est sécrétée par certains micro-organismes pour dégrader une partie de la paroi des feuilles de végétaux appelée la cutine. La cutinase dégrade également, de manière très peu efficace, le PET. Notre travail consiste à améliorer la capacité naturelle des cutinases à dégrader le PET.

A la surface de la cutinase se trouve ce qu’on appelle un site d’arrimage, qui est l’endroit où l’enzyme va agir sur le PET et le dépolymériser. Il a donc fallu déterminer la structure tridimensionnelle de la protéine, ce qui permet de connaître le positionnement précis de tous les atomes de la molécule et de la visualiser de manière dynamique sur ordinateur.

Ensuite, par modélisation moléculaire, nous avons pu modéliser le site d’arrimage de la cutinase. A partir de là, il s’agit de voir comment on peut améliorer les performances du site d’arrimage, sur trois facteurs bien précis : la complémentarité de forme, la charge électrique et l’hydrophobicité du site.

La cutinase étant une protéine, elle est constituée d’acides aminés. Nous avons redesigné complètement le site d’arrimage en changeant un certain nombre d’acides aminés, afin in fine d’améliorer l’efficacité de la dégradation du PET par la cutinase.

Vous développez une seconde technique enzymatique, destinée à biodégrader le PLA. Pouvez-vous nous la présenter ?

Le PLA est un polymère biosourcé, donc produit à partir de carbone renouvelable. Il est compostable industriellement à température élevée.

Notre méthode consiste à introduire dans la masse plastique, une enzyme qui assurera sa dégradation après usage, dans un compost classique, à température ambiante. Le PLA obtenu sera donc biodégradable et compostable à température ambiante. Sa dégradation génère de l’acide lactique, qui est métabolisable par tout un ensemble de micro-organismes du sol.

Où en êtes-vous en termes d’industrialisation de votre méthode enzymatique de dégradation du PET ?

Actuellement, nous menons notre développement sur un démonstrateur industriel avec un réacteur de 20 mètres cubes, qui permet de traiter 100 000 bouteilles (ou 20 000 tee-shirts) par batch.

L’étape suivante consiste à construire une première unité industrielle, qui verra le jour dans le Nord de la France, près d’un site de production de PET opéré par le numéro un mondial du secteur, Indorama. Notre technologie a vocation à s’installer près de sites existants de production de PET, ce qui n’est pas possible pour les solutions concurrentes, à base de catalyseurs chimiques, car ces technologies produisent des monomères différents de ceux utilisés par un site de production classique du PET.

Propos recueillis par Pierre Thouverez

Crédit image de une : Carbios